局部法评定TBCs/Q345系统界面断裂行为

论文摘要

热障涂层( TBCs)是目前最先进的高温防护涂层之一,可使高温燃气和工作基体金属部件之间产生很大的温降,从而延长热机零件寿命、提高热机热效率。所以研究涂层与基体之间的结合强度的则具有重要意义。本文从探讨涂层/基体系统界面结构完整性评定的方法出发,研究了涂层与基体间的断裂参量以及基于局部法评定涂层系统的界面断裂行为等问题。通过改进的拉伸试验法,得到了两种含有不同预制裂纹尺寸的TBCs/Q345涂层系统的界面临界断裂载荷Pc。结合有限元分析,获得界面断裂时裂纹尖端的应力应变场,并利用界面复应力强度因子的定义计算了TBCs/Q345界面裂纹的K。结果表明,拉伸载荷主导界面裂纹尖端附近区域,并且拉伸效果远大于剪切效果。研究发现试样的界面裂纹尖端附近存在K主导区,即K有效。利用ABAQUS有限元分析软件,计算了八个带预制硬币状裂纹的试样发生界面断裂时的J积分值,发现八个试样发生界面断裂时的J积分值分散很大。表明使用传统单一断裂参量J积分来评价界面断裂是不合适的。利用两种拉伸试样的界面结合强度的实验数据,用局部法分析TBCs/Q345系统的界面断裂行为。发现含有不同裂纹尺寸形式的试样发生界面断裂时,在相同的断裂概率下其威布尔应力基本相同,并基于局部法由一种预制裂纹尺寸试样的试验结果成功预测了含有另一种不同裂纹尺寸试样的断裂数据分布,结果说明局部法可以用来描述界面断裂行为,并可应用在界面完整性评定中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 涂层/基体界面断裂力学研究
• 1.3 局部法介绍
• 1.4 研究内容
• 第二章 局部法评定界面完整性的推导
• 2.1 界面裂纹失稳模型
• 2.2 界面裂纹断裂准则
• 2.3 适用于涂层/基体系统裂纹分析的局部法理论
• 第三章 改进的拉伸试验测量TBCs/Q345 涂层基体界面结合强度
• 3.1 实验材料
• 3.2 试样形式及制备
• 3.3 试验方法
• 3.4 试验结果
• 第四章 局部法评定TBCs/Q345 涂层界面结构完整性的应用
• 4.1 有限元基本步骤及软件介绍
• 4.1.1 有限元基本步骤
• 4.1.2 ABAQUS 软件
• 4.2 有限元分析过程
• 4.3 传统断裂参量的研究
• 4.3.1 复应力强度因子K
• 4.3.2 界面裂纹J 积分的求解及其守恒性
• 4.4 局部法探讨存在深埋裂纹的TBCs/Q345 钢系统的失稳
• 4.4.1 威布尔参数的计算过程
• 4.4.2 利用A 类试样的断裂载荷预测B 类试样的断裂载荷
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢